a) Xác định cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm M cách đều hai dây dẫn một đoạn x. b) Hãy xác định x để độ lớn cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện gây ra đạt giá tr[r]
Trang 1CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG
TỪ TRƯỜNG CÁC DÒNG ĐIỆN
Bài 1: Vận dụng quy tắc nắm tay phải Vẽ hình chiều đường sức từ và chiều cảm ứng từ B
Hình 1 Hình 2 Hình 3 Hình 4
Hình 5 Vẽ cảm ứng từ tại M và N Hình 6 Dòng điện tròn
Bài 2 Dòng điện có cường độ I = 2A chạy cùng chiều qua hai dây dẫn thẳng chập lại Tính cảm ứng từ do
hai dây gây nên tại nơi cách chúng 5 cm ĐS: 1,6.10-5T
Bài 3 Cuộn dây tròn bán kính R = 5cm ( gồm n = 100 vòng dây quấn nối tiếp cách điện với nhau ) đặt trong
không khí có dòng điện I qua mỗi vòng dây, từ trường ở tâm vòng dây là B = 5.10-4T Tìm I ? ĐS : 0,4A
Bài 4 Một ống dây thẳng ( xôlênôit) chiều dài 20cm, đường kính 2cm Một dây dẫn có vỏ bọc cách điện dài
300m, được quấn đều theo chiều dài ống Ống dây không có lõi và đặt trong không khí Cường độ dòng điện
đi qua dây dẫn là 0,5A Tìm cảm ứng từ trong ống dây ĐS: 0,015T
Bài 5 Một ống dây dẫn đường kính d = 0,5mm được bọc bằng một lớp cách điện mỏng và quấn thành một
ống dây ( xôlênôit ) Các vòng dây của ống được quấn sát nhau Cho dòng điện có cường độ I = 0,4A đi qua ống dây Tính cảm ứng từ trong ống dây ĐS : 0,001T
Bài 6 Hai dòng điện thẳng vô hạn , I1= 10A, I2= 30A vuông góc nhau trong không khí Khoảng cách ngắn nhất giữa chúng là 4cm Tính cảm ứng từ tại điểm cách mỗi dòng điện 2cm ĐS: 3,16.10-4T
Bài 7 Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau d = 14cm trong không khí Dòng điện chạy
trong dây I1=I2=I= 1,25A Xác định véc tơ cảm ứng từ tại m cách mỗi dây R= 25cm trong trường hợp hai dòng điện :
a Cùng chiều b Ngược chiều
ĐS: a B song song O1O2, B= 1,92 10-6T
b B vuông góc O1O2, B = 0,56.10-6T Với O1 O2 là tâm các đường cảm ứng từ qua M
Bài 8 Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau d=8cm trong không khí Dòng điện chạy trong
hai dây là I1= 10A, I2 = 20A và ngược chiều nhau Tìm cảm ứng từ tại :
a O cách mỗi dây 4 cm b M cách mỗi dây 5 cm
Trang 2ĐS: a B0= 15 10-5T, b BM = 9,9 10-5T
Bài 9 Vòng dây tròn có R = 3,14cm có dòng điện I = 0,87A đi qua và đặt song song với đường cảm ứng từ
của một từ trường đều Bo = 10-5T Xác định B tại tâm O vòng dây ĐS: B = 2.10-5
T, ( ,B B o)600
Bài 10 Hai vòng dây tròn bán kính R = 10cm có tâm trùng nhau đặt vuông góc nhau Cường độ trong hai
dây I1I2 I 2A Tìm B tại tâm O của hai vòng dây ĐS: B =12,56 10-6T,
0 ( ,B B o) 45
Bài 11 Cho 4 dòng điện cùng cường độ I1 = I2 = I3 = I4 = I= 2A song song nhau, cùng
vuông góc mặt phẳng hình vẽ, đi qua 4 đỉnh của một hình vuông cạnh a = 20cm và có
chiều như hình vẽ Hãy xác định vector cảm ứng từ tại tâm của hình vuông ĐS : 8 10-6
T
Bài 12 Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt trong không khí vuông góc nhau (cách điện với nhau) và nằm trong
cùng một mặt phẳng Cường độ dòng điện qua hai dây dẫn I1 = 2A ; I2 = 10A
a Xác định cảm ứng từ gây bởi hai dòng điện tại M(x=5cm,y=4cm) trong mặt phẳng của hai dòng điện
b Xác định những điểm có vector cảm ứng từ gây bởi hai dòng điện bằng 0
ĐS : a.B=3.10-5T , 4,2.10-5T ; b.Những điểm thuộc đường thẳng y = 0,2x., y=5x
Bài 13 Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song trong không khí cách nhau khoảng d = 6cm có các dòng
I1= 1A, I2 = 4A đi qua Định vị trí những điểm có cảm ứng từ tổng hợp bằng 0 Xét hai trường hợp:
a I1 và I2 cùng chiều b I1 và I2 ngược chiều
ĐS: a Đường thẳng cách dây 1: 1,2cm , dây 2 : 4,8cm
b Đường thẳng cách dây 1: 2cm, dây 2: 8cm
Bài 14 Dây dẫn mảnh, thẳng dài có dòng I = 10A đi qua đặt vuông góc với đường cảm ứng tư của từ trường
đều có B0= 5 10-5T Tìm những điểm có cảm ứng từ tổng hợp bằng không ĐS: Trên đường thẳng song song với dây, cách dây 4cm, đường thẳng nằm trong mặt phẳng dây và vuông góc với B o
Bài 15 Ba dây dẫn thẳng song song dài vô hạn cùng nằm trong mặt phẳng, hai dây liên tiếp cách nhau đoạn
a = 6cm, cường độ I1I2 I I, 32 I Dây I3 nằm ngoài I1, I2 và dòng I3 ngược chiều I1, I2 Tìm vị trí của
M có cảm ứng từ tổng hợp bằng không ĐS: M trên đường thẳng song song 3 dây, trong khoảng dât 1 và
2, cách dây giữa 2cm
Bài 16 Ba dòng điện thẳng song song như hình vẽ: I1 = I3 = I, I2 = I/2, O1O2
= O2O3 = a, dòng I2 ngược chiều với I1 và I3 Tìm trên trục O2x vuông góc với
3
a
O X
Bài 17 Hai dây đẫn thẳng dài vô hạn, đặt song song trong không khí cách nhau một đoạn d = 12 cm có các
dòng điện cùng chiều I1 = I2 = I = 10 A chạy qua Một điểm M cách đều hai dây dẫn một đoạn x
a) Khi x = 10 cm Tính độ lớn cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện chạy trong hai dây dẫn gây ra tại điểm
M
b) Hãy xác định x để độ lớn cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện gây ra đạt giá trị cực đại Tính giá trị cực đại đó
Bài 18 Hai dây đẫn thẳng dài vô hạn, đặt song song trong không khí cách nhau một đoạn d = 2a có các dòng
điện ngược chiều cùng cường độ I1 = I2 = I chạy qua
I 2
O
I 4
Trang 3a) Xác định cảm ứng từ tổng hợp do hai dịng điện này gây ra tại điểm M cách đều hai dây dẫn một đoạn x b) Hãy xác định x để độ lớn cảm ứng từ tổng hợp do hai dịng điện gây ra đạt giá trị cực đại Tính giá trị cực đại đĩ
Bài 19 Một khung dây trịn gồm 24 vịng dây, mỗi vịng dây cĩ dịng điện cường độ 0,5A chạy qua Theo
tính tốn thì cảm ứng từ ở tâm khung bằng 6,3.10-5T Nhưng khi đo thì thấy cảm ứng từ ở tâm khung bằng 4,2.10-5T Kiểm tra lại các vịng dây thì thấy cĩ một số vịng quấn nhầm, chiều quấn của các vịng dây ngược với chiều quấn của đa số vịng trong khung
a) Cĩ bao nhiêu vịng bị quấn nhầm
b) Tìm bán kính mỗi vịng dây Đs: cĩ 4 vịng quấn nhầm R = 0,12m
LỰC TỪ Bài 1 Xác định lực từ tác dụng lên dịng điện thẳng
Bài 2 Xác định lực từ trong các trường hợp sau:
Bài 3 Xác định chiều của vector cảm ứng từ và cực của nam châm trong các hình sau:
Bài 4 Tìm chiều lực từ hoặc I hoặc B
Hình 1 Hình 2 Hình 3 Hình 4
Bài 5 : Hãy xác định các đại lượng được yêu cầu biết:
Bài 6:Một đoạn dây được uốn gập thành khung dây có dạng tam giác AMN vuông góc tại A như hình
vẽ.Đặt khung dây vào một từ trường đều,vecto cảm ứng từ song song với cạnh AN và hướng từ trái sang
I
𝑭
𝑩
𝑭
I
𝑭
I
I
𝑭
I
I
N I S
N
S
I
I
+ + + + + + + I
S
N
I
+ + +
+ + + + I
I
Trang 4M N
phại.Coi khung dađy naỉm coù ñònh trong maịt phaúng hình veõ vaø AM=8cm ,AN=6cm , B=3.10-3T, I=5A.Xaùc
ñònh löïc töø F taùc dúng leđn ñoán cụa dađy daên trong caùc tröôøng hôïp ôû caùc hình veõ sau
Baøi 7 : Treo moôt thanh ñoăng coù chieău daøi l=5cm vaø coù khoâi löôïng 5g vaøo hai sôïi dađy thaúng ñöùng cuøng
chieău daøi trong moôt töø tröôïng ñeău coù B=0,5T vaø coù chieău thaúng ñöùng töø döôùi leđn tređn Cho doøng ñieôn
moôt chieău coù cöôøng ñoô doøng ñieôn I =2A cháy qua thanh ñoăng thì thaây dađy treo bò leôch so vôùi phöông
thaúng ñöùng moôt goùc Xaùc ñònh goùc leôch cụa thanh ñoăng so vôùi phöông thaúng ñöùng?
Băi 8 Treo đoạn dđy dẫn MN có chiều dăi l = 25cm , khối lượng của một đơn vị
chiều dăi lă 0,04kg bằng hai dđy mảnh, nhẹ sao cho dđy dẫn nằm ngang, Biết cảm
ứng từ có chiều như hình vẽ, có độ lớn B = 0,04T
a) Định chiều vă độ lớn của I để lực căng dđy bằng 0
b) Nếu cho I = 16A có chiều từ M đến N Tính lực căng mỗi dđy ?
ĐS : a) 10A, chiều từ N đến M b) 0,13N
Băi 9 Một dđy dẫn được gập thănh khung dđy dạng tam giâc vuông cđn MNP MN
= NP = 10cm Đặt khung dđy văo từ trường B =10-2T có chiều như hình vẽ Cho dòng
điện I = 10A văo khung có chiều MNPM Lực từ tâc dụng văo câc cạnh của khung
dđy lă bao nhiíu? ĐS: F MN = 10 -2 N, F NP = 0, F MP = 10 -2 N
Baøi 10 : Treo moôt thanh ñoăng coù chieău daøi l=1m vaø coù khoâi löôïng 200g vaøo hai sôïi
dađy thaúng ñöùng cuøng chieău daøi trong moôt töø tröôïng ñeău coù B=0,2T vaø coù chieău
thaúng ñöùng töø döôùi leđn tređn Cho doøng ñieôn moôt chieău qua thanh ñoăng thì thaây dađy treo bò leôch so vôùi
phöông thaúng ñöùng moôt goùc = 600
a.Xaùc ñònh cöôøng ñoô doøng ñieôn I cháy trong thanh ñoăng vaø löïc caíng cụa dađy?
b.Ñoôt nhieđn töø tröôøng bò maât.Tính vaôn toâc cụa thanh ñoăng khi noù ñi qua vò trí cađn baỉng.Bieât chieău daøi
cụa caùc dađy treo laø 40cm.Boû qua mói ma saùt vaø söùc cạn cụa khođng khí.Laây g=10m/s2
m g
2.cos
m g ;v cb 2 1 cosg l
Baøi 11 : Hai thanh ray naỉm ngang ,song song vaø caùch nhau l=20cm
ñaịt trong töø tröôøng ñeău B thaúng ñöùng höôùng xuoâng vôùi B=0,2T.Moôt
thanh kim loái ñaịt tređn ray vuođng goùc vôùi ray Noâi ray vôùi nguoăn ñieôn
ñeơ trong thanh coù doøng ñieôn I cháy qua Heô soâ ma saùt giöa thanh kim
loái vôùi ray laø
a.Thanh MN tröôït sang traùi vôùi gia toâc a=3m/s2 Xaùc ñònh chieău vaø ñoô lôùn cụa I trong thanh MN
b.Nađng hai ñaău A,C leđn moôt goùc=300so vôùi maịt ngang Tìm höôùng vaø gia
toẫc chuyeơn ñoông cụa thanh bieât v0=0 ÑS : I=10A ;a0,47m/s2
Baøi 12 : Hai thanh ray naỉm ngang ,song song vaø caùch nhau l=10cm ñaịt
trong töø tröôøng ñeău B thaúng ñöùng höôùng leđn vôùi B=0,4T.Moôt thanh
kim loái MN ñaịt tređn ray vuođng goùc vôùi hai thanh ray AB vaø CD vôùi
heô soâ ma saùt laø Noâi ray vôùi nguoăn ñieôn =12V, r=1 Bieât ñieôn
trôû thanh kim loái laø R=2 vaø khoâi löôïng cụa thanh ray laø m=100g.Boû qua ñieôn trôû ray vaø dađy noâi Laây
g=10m/s2
a.Thanh MN naỉm yeđn.Xaùc ñònh giaù trò cụa heô soâ ma saùt
b.Cho =0,2.Haõy xaùc ñònh : + gia toâc chuyeơn ñoông a cụa thanh MN
P
M
N
Trang 5+ muốn cho thanh MN trượt xuống hai đầu A,C với cùng gia tốc như trên thì phải nâng hai đầu B,D lên một góc so với phương ngang là bao nhiêu ?
ĐS : = ;b.a=1,2m/s2 ; =35,490
LỰC LORENXO
Bài 1 Xác định lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích q
Bài 2 Vận dụng quy tắc xác định lực Lorenxo, hoặc các đại lượng cịn thiếu trong hình vẽ:
Bài 3 Xác định đại lượng cịn thiếu trong hình vẽ sau:
Bài 4: Một electron bay vào khơng gian cĩ từ trường đều cĩ cảm ứng từ B=0,2(T) với vận tốc ban đầu v0 = 2.105 (m/s) vuơng gĩc với B Tinh lực Lorenxơ tác dụng vào electron ĐS: 6,4.10-15 (N)
Bài 2: Một electron bay vào khơng gian cĩ từ trường đều cĩ cảm ứng từ B = 10-4 (T) với vận tốc ban đầu
v0 = 3,2.106 (m/s) vuơng gĩc với B , khối lượng của electron là 9,1.10-31(kg) Tính bán kính quỹ đạo của
electron ĐS: 18,2 (cm)
Bài 3: Một hạt proton chuyển động với vận tốc 2.106 (m/s) vào vùng khơng gian cĩ từ trường đều B = 0,02 (T) theo hướng hợp với vectơ cảm ứng từ một gĩc 300 Biết điện tích của hạt proton là 1,6.10-19
(C) Tính lực
Lorenxơ tác dụng lên proton ĐS: 3,2.10-15
(N)
Bài 4: Một e bay vuơng gĩc với các đường sức của một từ trường đều cĩ độ lớn 5.10-2T thì chịu một lực lorenxơ cĩ độ lớn 1,6.10-14N Vận tốc của e khi bay vào là bao nhiêu ? ĐS : 2.106
m/s
Bài 5: Một hạt tích điện chuyển động trong từ trường đều, mặt phẳng quỹ đạo của hạt vuơng gĩc với đường
sức từ Nếu hạt chuyển động với vận tốc v1 = 1,8.106 (m/s) thì lực Lorenxơ tác dụng lên hạt cĩ giá trị f1 = 2.10-6 (N), nếu hạt chuyển động với vận tốc v2 = 4,5.107 (m/s) thì lực Lorenxơ tác dụng lên hạt cĩ giá trị là
bao nhiêu? ĐS: f2 = 5.10-5 (N)
q
q
q
Trang 6Bài 6: Hai hạt bay vào trong từ trường đều với cùng vận tốc Hạt thứ nhất có khối lượng m1= 1,66.10-27 (kg), điện tích q1 = - 1,6.10-19 (C) Hạt thứ hai có khối lượng m2 = 6,65.10-27 (kg), điện tích q2 = 3,2.10-19 (C) Bán kính quỹ đạo của hạt thứ nhât là R1 = 7,5 (cm) thì bán kính quỹ đạo của hạt thứ hai là bao nhiêu?
ĐS: R2 = 15 (cm)
Bài 7: Một hạt electron với vận tốc đầu bằng 0, được gia tốc qua một hiệu điện thế 400V Tiếp đó, nó được
dẫn vào một miền có từ trường với B vuông góc với v (v là vận tốc electron) Quỹ đạo của electron là một đường tròn bán kính R =7cm Xác định cảm ứng từ B ĐS: 0,96.10-3T
Bài 8: Một proton chuyển động theo một quỹ đạo tròn bán kính 5cm trong một từ trường đều B = 10-2T
a Xác định vận tốc của proton
b Xác định chu kỳ chuyển động của proton Khối lượng p = 1,72.10-27kg
ĐS: a v = 4,785.104
m/s; b 6,56.10-6s
Bài 9: Một chùm hạt α có vận tốc ban đầu không đáng kể được tăng tốc bởi hiệu điện thế U = 106V Sau khi
tăng tốc, chùm hạt bay vào từ trường đều cảm ứng từ B = 1,8T Phương bay của chùm hạt vuông góc với đường cảm ứng từ
a Tìm vận tốc của hạt α khi nó bắt đầu bay vào từ trường m = 6,67.10-27
kg ; cho q = 3,2.10-19 C
b Tìm độ lớn lực Lorentz tác dụng lên hạt
ĐS : a v = 0,98.107 m/s ; b f = 5,64.10-12 N
Bài 10: Một proton m = 1,67.10-27kg;q =1,6.10-19 C bay vào từ trường đêu B = 0,4T với vận tốc v = 2.106 m/s.Tìm :
a Bán kính quỹ đạo
b Cường độ điện trường đều có phương vuông góc với mp ( B v
, ) để proton vẫn đi thẳng
Bài 11: Một êlectrôn sau khi đi qua hiệu điện thế tăng tốc ∆φ = 40V, bay vào một vùng từ trường đều có hai
mặt biên phẳng song song, bề dày h = 10cm Vận tốc của êlectrôn vuông góc với cả cảm ứng từ B lẫn hai biên của vùng Với giá trị nhỏ nhất Bmin của cảm ứng từ bằng bao nhiêu thì êlectrôn không thể bay xuyên qua vùng đó? Cho biết tỷ số độ lớn điện tích và khối lượng của êlectrôn là γ = 1,76.1011
C/kg
ĐS : Bmin 2,1.10 ( )4 T
Bài 12: Một electron bay vào một trường điện từ với vận tốc bằng 105m/s Đường sức điện trường và đường sức từ có cùng phương chiều Cường độ điện trường E = 10V/m, cường độ từ trường H = 8.103
A/m Tìm gia tốc tiếp tuyến, gia tốc pháp tuyến và gia tốc toàn phần của electron trong trường hợp:
a) Electron chuyển động theo phương chiều của các đường sức
b) Electron chuyển động vuông góc với các đường sức
ĐS: a, an 0; a a t 1,76.10 (14 m s/ 2)
b, at = 0; aa n a c2a L2 2,5.10 (14 m s/ 2)
Bài 13: Một electron chuyển động theo một quỹ đạo tròn, bán kính R =10cm trong một từ trường đều có
cảm ứng từ B =1T Đưa thêm vào vùng không gian này một điện trường đều có cường độ E =100V/m và có hướng song song với hướng của từ trường Hỏi sau bao lâu vận tốc của electron tăng lên gấp đôi?
ĐS:
3
10
t s
Bài 14: Một hạt có khối lượng m và điện tích q bay vào một từ trường đều có cảm ứng từ
B Góc giữa véctơ vận tốc v và véctơ cảm ứng từ
B là α Trong trường hợp này hạt sẽ chuyển động như thế nào? Tìm chu kì
và bước của đường xoắn ốc ?
ĐS: Hạt sẽ thực hiện một chuyển động quay với vận tốc v1 theo một mặt trụ và chuyển động thẳng đều với vận tốc v2 dọc theo đường sinh của mặt trụ đó
qB
m 2 v
R 2
T
1
,
qB
cos v 2 T v
h 2
Bài 15: Một êlectrôn chuyển động trong một từ trường đều có cảm ứng từ B= 5.10-3T, theo hướng hợp với đường cảm ứng từ một góc α = 60o Năng lượng của êlectrôn bằng W =1,64.10-16J Trong trường hợp này quỹ đạo của êlectrôn là một đường đinh ốc hãy tìm: vận tốc của êlectrôn; bán kính của vòng đinh ốc và chu
kì quay của êlectrôn trên quỹ đạo, và bước của đường đinh ốc
Trang 7O
α
M
x
1,9.10 ( / )
1,9.10 ( )
R m T 7,1.10 ( )9 s h6,8.10 ( )2 m
Bài 16: Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế U trong ống phát, êlectrôn được phóng ra theo hướng Ox để
rồi sau đó phải bắn trúng vào điểm M ở cách O khoảng d Hãy tìm dạng quỹ đạo của êlectrôn và cường độ cảm ứng từ B trong hai trường hợp sau:
a) Từ trường có phương vuông góc với mặt phẳng
hình vẽ
b) Từ trường có phương song song với OM
(OM hợp với phương Ox góc α; điện tích êlectrôn là –
e, khối lượng là m)
Giải:
Bài 17: Một êlectrôn bay trong một từ trường đều có cảm ứng từ là
B Êlectron có vận tốc
vcó phương lập với đường sức từ một góc φ Độ rộng của vùng có từ trường là l Hãy tìm độ biến thiên động lượng của êlectrôn trong thời gian bay qua từ trường ĐS: ΔP = 2mvsinφsin
cos mv 2
qBl
Bài 18: Một êlectron chuyển động trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10-3 T Quỹ đạo của êlectron là một đường đinh ốc có bán kính R = 2cm và có bước xoắn h = 5cm Tính vận tốc của êlectron
v v v m s
PHẦN THỰC HÀNH VÀ ĐỊNH TÍNH
Câu 1 Sau khi bắn một electron có vận tốc v vào trong từ trường đều theo phương vuông góc với đường sức
từ thì electron sẽ chuyển động như thế nào
Câu 2 Sau khi bắn một electron có vận tốc v vào trong từ trường đều theo phương song song với đường sức
từ thì electron sẽ chuyển động như thế nào
Câu 3 Có một thanh nam châm va một thanh sắt bề ngoài giống hệt nhau ( cùng mẹ khác cha) Làm thế nào
có thể phân biệt được thanh nào là nam châm, thanh nào là thanh sắt ( với điều kiện chỉ dùng hai thanh này)
Câu 4 Các đường sức có điểm xuất phát và điểm tận cùng không ? Nếu có thì điểm
xuất phát và điểm tận cùng ở đâu
Câu 5 Trên hình bên, trong dây dẫn MN biểu diễn một tia điện tử (tia
electron) chạy theo chiều mũi tên Hỏi chiều của vector cảm ứng từ tại P
Câu 6 Cho hình vẽ bên Hãy xác định cực Nam cực Bắc của:
a) thanh sắt CD
b) kim nam châm nằm phía trên
( giải thích rõ)
Câu 7
Ống dây CD trên hình bị hút về phía thanh nam châm về phía bên phải Hãy chỉ rõ các cực của ống dây và
nam châm ?
